giáo án vật lí

MỤC LỤC Bài 1: SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MÔI I SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MÔI Khái niệm phân cực điện môi Giải thích tượng Vectơ phân cực điện môi Liên hệ vectơ phân cực điện môi mật độ điện mặt σ chất điện môi bị phân cực II ĐIỆN TRƯỜNG TỔNG HỢP TRONG CHẤT ĐIỆN MÔI Cường độ điện trường chất điện môi ur Vectơ điện cảm D chất điện môi Bài DÒNG ĐIỆN VÀ SỰ SỐNG 10 I CÁC LOẠI ĐIỆN THẾ SINH VẬT CƠ BẢN 10 Điện nghỉ 10 Điện hoạt động 12 II TÁC DỤNG SINH VẬT CỦA DÒNG ĐIỆN VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU TRỊ …14 Các loại dòng điện dùng điều trị 14 Tác dụng dòng điện chiều lên thể ứng dụng điều trị 15 Tác dụng dòng điện xoay chiều lên thể ứng dụng điều trị 16 Tác dụng dòng điện cao tần lên thể 16 Nguy hiểm điện đề phòng tai nạn điện 17 Bài QUANG SINH HỌC 19 I THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 19 Thuyết lượng tử ánh sáng 19 Công thức Einstein 20 Giải thích định luật quang điện 20 Ứng dụng tượng quang điện 21 II SỰ PHÁT QUANG 21 Định nghĩa phát quang 21 Đặc điểm phát quang 22 Các dạng phát quang 22 Các định luật phát quang 22 Ứng dụng tượng phát quang 23 III TÁC DỤNG CỦA ÁNH SÁNG LÊN CƠ THỂ SỐNG 23 Đại cương tác dụng ánh sáng lên thể sống 23 Một số trình quang sinh ứng dụng 24 IV LASER- MÁY PHÁT LƯỢNG TỬ 27 Ánh sáng laser đặc điểm 27 Khái niệm xạ cảm ứng 27 Nguyên tắc phát tia laser 28 Các loại laser 28 Các ứng dụng laser 29 Bài 4: PHÓNG XẠ SINH HỌC 32 I KHÁI NIỆM VÀ NGUỒN GỐC CỦA BỨC XẠ ION HÓA 32 Hiện tượng phóng xạ 32 Định luật phân rã phóng xạ 36 Các đơn vị đo phóng xạ 38 II TÁC HẠI SINH HỌC CỦA BỨC XẠ ION HÓA 39 Cơ chế tác dụng xạ ion hóa lên thể sống 39 Tác dụng xạ ion hoá lên thể sống 40 Tác dụng xạ ion hóa lên tế bào 41 III ỨNG DỤNG CỦA TIA PHÓNG XẠ TRONG Y HỌC 41 Ứng dụng tia phóng xạ chuẩn đoán 41 Ứng dụng tia phóng xạ điều trị 42 IV AN TOÀN PHÓNG XẠ 43 Những nguồn chiếu xạ ảnh hưởng đến người 44 Các quy định liều chiếu an toàn xạ 44 Các nguyên tắc làm việc với nguồn phóng xạ kín 44 Các nguyên tắc làm việc với nguồn phóng xạ hở 45 Bài 5: LÝ SINH TUẦN HOÀN HÔ HẤP 47 I LÝ SINH TUẦN HOÀN 47 Sơ lược tính chất vật lý hệ tuần hoàn 47 Sự thay đổi áp suất tốc độ chảy máu đoạn mạch 49 Những yếu tố khách quan ảnh hưởng đến tuần hoàn máu 51 II LÝ SINH HÔ HẤP 53 Hoạt động hô hấp 51 2 Các quy luật khuêch tán khí 54 Sự vận chuyển khí thể 55 Vai trò máu trao đổi khí 55 Những yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi khí 56 Bài 6: LÝ SINH MỘT SỐ CƠ QUAN CẢM GIÁC 58 I LÝ SINH THỊ GIÁC 58 Sơ lượt cấu tạo mắt 58 Quang hình học mắt 59 Khả điều tiết mắt 60 Khả phân ly mắt 61 Các tật quang học mắt 61 II LÝ SINH THÍNH GIÁC 64 Nguồn phát âm 64 Các đặc trưng cảm giác âm 65 Cơ chế trình nghe 65 Cơ sở vật lý phương pháp âm chẩn đoán 68 Bài 7: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP LÝ SINH DÙNG TRONG Y HỌC .71 I HIỆN TƯỢNG BỨC XẠ TIA X VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC 71 Khái niệm 71 Nguồn phát xạ tia X 71 Tính chất tia X 73 Ứng dụng tia X y học 73 II KỸ THUẬT CHỤP CẮT LỚP VI TÍNH (CT) VÀ ỨNG DỤNG 74 Đại cương kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính 74 Nguyên lý tạo hình chụp cắt lớp 75 Chụp cắt lớp dùng vi tính 75 An toàn xạ tia X 76 III CHỤP HÌNH BẰNG CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN 77 Cơ sở vật lý phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 77 Chụp ảnh cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Bài SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MÔI MỤC TIÊU BÀI HỌC Trình bày khái niệm phân cực điện môi Giải thích tượng phân cực điện môi trường hợp chất điện môi cấu tạo từ phân tử tự phân cực, không phân cực chất điện môi tinh thể Nêu khái niệm vectơ phân cực điện môi, biểu thức u r đặc điểm Nêu mối liên hệ vectơ phân cực điện môi P mật độ điện tích mặt σ bề mặt khối điện môi bị phân cực Thiết lập biểu thức tính cường độ điện trường tổng hợp vectơ điện cảm chất điện môi NỘI DUNG: I SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MÔI Khái niệm phân cực điện môi Điện môi hay chất cách điện môi trường chất điện tích tự do, nói cách khác điện tích dương âm phần tử liên kết chặc chẽ với Gỗ, đá, thủy tinh, nhựa…là chất điện môi rắn; nước nguyên chất, dầu…là chất điện môi lỏng, chất khí hay điều kiện thường chất điện môi uur Khi ta đặt điện môi vào điện trường E , bề mặt mẫu điện uur môi xuất điện tích trái dấu Nơi đường sức E vào xuất uur điện tích âm, nơi đường sức E xuất điện tích dương (Hình 1.1) Hiện tượng gọi phân cực điện môi điện môi gọi trạng thái phân cực Hình 1.1 Giải thích tượng 2.1 Sự phân cực phân tử Ta biết chất phân tử tạo thành Mỗi phân tử dù đơn nguyên tử (như khí trơ) hay đa nguyên tử (như NaCl, CaCO 3, H2O v.v ) gồm điện tích dương +q (điện tích hạt nhân nguyên tử) điện tích âm –q (điện tích điện tử quay quanh hạt nhân) tạo thành Bình thường phân tử chất điện môi trung hòa điện, gọi O + O- tâm điện tích dương tâm điện tích âm phân tử, hai trường hợp xảy ra: uuuuuu r r ur uuuuuu r r ur a) O− O+ = l ≠ O : trường hợp phân tử phân cực (Hình 1.2) Một số lớn điện môi có phân tử thuộc loại như: NH3, CH3Cl, H2O…với loại điện u r môi r này, phân tử tạo thành lưỡng cực điện có mômen lưỡng cực điện phân tử: Pe = ql b) O− O+ = l = O : trường hợp phân tử không phân cực (Hình 1.3) Đó phân tử chất điện môi H2, N2, CCl4, Hydrocacbon… Hình 1.2 Hình 1.3 Ta giải thích tượng phân cực điện môi dựa vào cấu tạo phân tử chất điện môi Ở giới hạn nghiên cứu chất điện môi đồng chất đẳng hướng Chất điện môi đồng chất đẳng hướng chất điện môi tính chất vật lý nói chung phân cực nói riêng điểm theo phương 2.2 Giải thích tượng Ta xét khối chất điện môi lý tưởng đặt điện trường nghiên cứu trình phân cực hai loại chất điện môi kể • Loại chất điện môi có phân tử tự phân cực: Đối với loại này, ta chưa đặt khối điện môi vào điện trường, lưỡng cực phân tử chuyển động nhiệt nên xếp hỗn loạn theo phương (Hình 1.4) Do tổng vectơ mômen lưỡng cực phân tử không; điện tích trái dấu lưỡng cực điện trung hòa nhau: toàn khối điện môi không tích điện Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Khi uur đặt khối chất điện môi vào điện trường, tác dụng điện trường E , lưỡng cực phân tử chịu tác dụng ngẫu lực có xu hướng quay r uur cho mômen lưỡng cực pe hướng với vectơ E (Hình 1.5) Nếu điện trường lớn chuyển động nhiệt phân tử yếu (ở nhiệt độ thấp) định hướng mômen lưỡng cực mạnh Nếu điện trường đủ lớn lưỡng cực phân tử coi nằm song song với theo phương chiều điện trường (Hình 1.6) Khi bên khối điện môi trọng tâm điện tích dương âm phân tử trung hòa nhau, hai mặt giới hạn trước sau khối điện môi điện tích âm dương tồn Như có điện tích trái dấu xuất hai mặt giới hạn trước sau khối điện môi Ta nói chất điện môi bị phân cực • Loại chất điện môi có phân tử không tự phân cực: Đối với loại này, ta chưa đặt khối chất điện môi vào điện trường ngoài, trọng tâm điện tích dương âm phân tử trùng Trong khối điện môi lưỡng cực phân tử xuất mặt khối chất điện môi điện tích xuất (Hình 1.7) Hình 1.7 Hình 1.8 uur Dưới tác dụng điện trường E trọng tâm điện tích dương âm phân tử tách phân tửuu lại r r trở thành lưỡng cực điện có mômen lưỡng cực pe xếp theo phương chiều E Quá trình xảy giống trường hợp trên; mặt giới hạn trước sau khối điện môi xuất điện tích trái dấu Khối điện môi bị phân cực (Hình 1.8) • Loại chất điện môi tinh thể: Một số điện môi tinh thể có mạng ion lập phương NaCl, CaCl…Ta xem tinh thể phân tử khổng lồ có mạng ion dương âm lồng vào Dưới tác dụng điện trường mạng ion dương di chuyển theo chiều điện trường, mạng ion âm di chuyển theo chiều ngược lại làm cho khối điện môi bị biến dạng phân cực Quá trình phân cực gọi phân cực ion Kết luận: Dù chất điện môi thuộc loại nào, đặt vào điện trường hai mặt giới hạn khối điện môi xuất điện tích trái dấu Các điện tích điện tích liên kết, định xứ mặt giới hạn khối điện môi Tùy theo chất điện môi, điện tích lưỡng cực phân tử lớn hay nhỏ tùy thuộc theo cường độ điện trường bên lưỡng cực phân tử quay nhiều hay Vậy mức độ phân cực chất điện môi phụ thuộc vào chất chất điện môi cường độ điện trường bên Vectơ phân cực điện môi Để đặc trưng cho mức độ phân cực chất điện môi, người ta đưa khái niệm vectơ phân cực điện môi Vectơ phân cực điện môi tổng vectơ mômen lưỡng cực điện phân tử có đơn vị thể tích chất điện môi Chúng ta xét thể tích V khối điện môi bị phân cực Từ định nghĩa vectơ phân cực ta viết: uur ∑ pei n u r P= i =1 ∆V r =n p (1.1) Gọi N số phân tử chứa thể tích ∆V, ta có n = r r N , p vectơ có độ lớn ∆V giá trị trung bình mô men lưỡng cực điện pe phân tử Trong hệ SI, đơn vị P Culông mét vuông (C/m 2) Điện môi bị phân cực uur u r mạnh ∑ pei lớn P lớn Vectơ P hướng dọc theo điện trường i =1 uur E đặt chất điện môi Trong chất điện môi đồng chất đẳng hướng vectơ phân u r cực P điểm u r Liên hệ vectơ P mật độ điện mặt σ chất điện môi bị phân cực n Chúng ta xét khối điện môi có dạng hình trụ xiên, uur đồng chất, chiều dài l, diện tích đáy S Đặt khối điện môi vào điện trường E cho đường sinh uur song song với điện trường E (Hình 1.9) Gọi σ mật độ điện tích mặt xuất hai đáy khối điệnrmôi Quy ước chiều dương pháp tuyến n hai đáy hướng Điện tích tổng cộng xuất hai mặt đáy khối điện môi +σS -σS Toàn khối điện môi coi lưỡng cực điện có mômen lưỡng cực điện Hình 1.9 P = σSl u r r Thể tích khối điện môi ∆V=Slcosα α góc hợp P n Theo định nghĩa vectơ phân cực điện môi ta có: p Slσ σ P= = = ⇒ P cosα = σ (1.2) ∆V Sl cosα cosα u r r Nhưng Pcosα=Pn Pn hình chiếu P xuống phương n Do đó: Pn= σ (1.3) Vậy mật độ điện tích mặt σ mặt giới hạn chất điện môi có giá trị hình u r chiếu Pn vectơ phân cực P lên phương pháp tuyến mặt giới hạn II ĐIỆN TRƯỜNG TỔNG HỢP TRONG CHẤT ĐIỆN MÔI Cường độ điện trường chất điện môi Xét khối điện môi đồng chất đẳng hướng đặt hai mặt phẳng song song mang điện, mật độ điện mặt +σ uur -σ Dưới tác dụng điện trường E gây hai mặt phẳng đó, khối điện môi bị phân cực Trên hai mặt giới hạn khối điện môi xuất điện tích trái dấu với mật độ điện tích mặt σlk (hình 1.10) Các điện tích lại gây khối điện uu r môi điện trường phụ E ' phương ngược chiều uur ur với điện trường E Gọi E cường độ điện trường tổng hợp khối chất điện môi ta có: Hình 1.10 ur uur uu r E = E0 + E ' uur Chiếu hai lên phương E ta có: (1.4) E = E0 − E ' (1.5) Điện trường phụ E’ coi điện trường gây hai mặt phẳng song song, rộng vô hạn phân bố điện tích liên kết có mật độ điện mặt σlk Ta có: σ E ' = lk (1.6) ε0 Biểu thức 1.5 viết là: σ E = E − lk (1.7) ε0 Thay σlk=Pn vào (1.7) ta được: E = E0 − Pn ε0 (1.8) uur Thực nghiệm cho thấy điện trường E không lớn lắm, vectơ phân cực điện u r ur môi P điểm tỷ lệ thuận với cường độ điện trường tổng hợp E điểm đó: u r ur (1.9) P: E Trong hệ đơn vị SI, hệ số tỷ lệ lấy ε 0χ e , với ε số điện biết, χ e đại lượng không thứ nguyên,urchỉ phụurthuộc vào chất điện môi có tên độ cảm điện môi P = ε 0χ e E Vậy: (1.10) Pn = ε 0χ eE n Ta có (1.11) r Nhưng En=E phương phương pháp tuyến n mặt giới hạn chất điện môi ur trùng với phương điện trường E Thay biểu thức thu vào (1.8), ta có: ε χE E = E − e = E0 − χ eE (1.12) ε0 Hay E(1+ χ e ) = E Cuối cùng: E= (1.13) E0 E = 1+ χ e ε (1.14) Vậy so với chân không điện trường tổng hợp chất điện môi giảm (1+ χ e ) lần (1+ χ e ) số điện môi ε môi trường mà ta gặp công thức Coulomb ur Vectơ điện cảm D chất điện môi ur Dựa vào kết ta tìm mối liên hệ điện cảm D vectơ phân cực điện môi ur ur D = εε E Ta biết Nhưng Hay ur ur ε = 1+ χ e nên D = ε 0(1+ χ e )E ur ur ur D = ε E + ε 0χ e E (1.15) Theo (1.10) u r ur P = ε 0χ e E , đó: ur ur u r D = ε0E + P (1.16) CÂU HỎI TỰ LƯỢNG GIÁ Phân biệt khác chất điện môi chất dẫn điện Kể tên chất điện môi thường gặp? Nêu khái niệm phân cực điện môi? Lưỡng cực điện phân tử gì? Công thức mômen lưỡng cực điện phân tử? Giải thích tượng phân cực điện môi Nêu khái niệm vectơ phân cực điện môi, biểu thức, đặc điểm? Tìm biểu thức tính cường độ điện trường tổng hợp vectơ điện cảm chất điện môi? Bài DÒNG ĐIỆN VÀ SỰ SỐNG MỤC TIÊU BÀI HỌC Trình bày tượng điện sinh vật xảy tế bào sống chế phát sinh đặc điểm tượng Nêu ứng dụng rộng rãi dòng điện điều trị kiến thức cần thiết an toàn điện NỘI DUNG: I Các loại điện sinh vật Mọi tế bào sống tích điện, gọi điện sinh học Điện sinh học gồm có điện nghỉ điện hoạt động Điện nghỉ (tĩnh) 1.1 Khái niệm Trên tế bào sống, có chênh lệch điện mặt màng tế bào V TR điện mặt màng tế bào V NG Người ta quy ước gọi hiệu điện U M= VTR- VNG điện màng Ở trạng thái bình thường hay trạng thái “tĩnh”, điện màng giá trị ổn định mang dấu âm Giá trị nói gọi điện màng trạng thái nghỉ hay điện nghỉ (rest potential) Đối với tế bào khác điện nghỉ có giá trị khác từ khoảng -50mV đến -94mV 1.2 Thí nghiệm đo điện nghỉ Để đo điện màng quan sát biến đổi tác động người ta dùng kỷ thuật vi điện cực nội bào Vi điện cực ống pipet cực nhỏ, kéo từ ống mao quản thủy tinh đặc biệt Đường kính mũi nhọn khoảng 0,1-0,5µm Ống điện cực chứa đầy dung dịch muối (thường KCl) Nhúng vào dung dịch muối điện cực kim loại nối với thiết bị đo Người ta dùng tế bào lớn, thí dụ sợi trục thần kinh (axon) lớn loài mực để làm thí nghiệm Kết thí nghiệm cho thấy: − Khi điện cực đặt bề mặt sợi thần kinh chênh lệch điện − Khi chọc điện cực qua màng vào sâu tế bào, điện cực bề mặt sợi dây thần kinh, hai điện cực xuất hiệu điện − Khi điện cực chọc xuyên qua màng, chênh lệch điện ( Hình 2.1) Hình 2.1 Nhờ kích thước vi điện cực bé, việc đưa điện cực xuyên qua màng tế bào không làm màng tế bào tổn thương Tế bào trì điện nghỉ không đổi nhiều thí nghiệm, giá trị điện nghỉ nhỏ chức hoạt động tế bào giảm dần 1.3 Cơ chế hình thành điện nghỉ 10 + Anot (A): kim loại, thường làm Tungsten có nhiệt độ nóng chảy cao, có vai trò kìm hãm điện tử gia tốc từ Katot bắn sang − Bóng phát tia X đựng vỏ chì, có “cửa sổ’’ chùm tia X cần dùng qua Hình 7.1 * Nguồn điện Nguồn điện máy biến gồm phần: + Cuộn sơ cấp: nối vào điện lưới 220v + Cuộn thứ cấp: gồm cuộn, cuộn tạo nên điên ≈ 6v dùng để đốt nóng Katot, cuộn tăng > 100 kv (có thể đến 300kv) tác dụng vào Anot K.atot * Các thiết bị điều khiển điện cường độ dòng điện + K1: điều chỉnh cường độ dòng điện đốt nóng Katot + K2: điều chỉnh điện áp tác dụng vào Anot Katot * Bộ phận lọc định hướng tia X − Bộ phận lọc tia X: + Được làm kim loại pha chì gắn vào bóng X quang, phía trước cửa sổ có tia X phát + Tác dụng: để có chùm tia X tương đối đơn sắc Tia X đơn sắc, chiếu chụp hình ảnh rõ nét − Bộ phận định hướng tia X: + Được làm ống kim loại có hình trụ hình nón, thường kết hợp với phận lọc tia X đặt hộp trước bóng X quang + Tác dụng: khu trú, hướng chùm tia X vào phận cần chụp giảm diện tích thể bị chiếu 2.2 Nguyên lý phát xạ tia X Chùm tia X phát từ Anot bóng phát tia X theo hai chế: phát xạ hãm xạ đặc trưng − Bức xạ hãm: xuất có chùm electron có động đủ lớn đến đập lên Anot Do tác dụng trường hạt nhân lớp vỏ electron nguyên tử chất làm Anot nên electron bị làm chậm lại (bị hãm) Vì bị hãm electron phần lượng, phần lượng phát dạng sóng điện từ tia X hãm − Bức xạ đặc trưng: tia X đặc trưng xuất electron bắn từ Catot có động lớn xuyên sâu vào lớp bên vỏ nguyên tử làm bật electron từ lớp vỏ bên khỏi nguyên tử có electron mức lượng cao nhảy chiếm chỗ đồng thời phần lượng dư thừa phát dạng sóng điện từ tia X đặc trưng Tính chất tia X − Tia X có đầy đủ tính chất ánh sáng truyền thẳng, phản xạ, nhiễu xạ, khúc xạ giao thoa − Tia X có cường độ lớn có khả đâm xuyên qua môi trường vật chất − Tia X có khả ion hoá chất khí − Tia X có khả gây phát quang số muối 72 Ví dụ: muối NaCl, KCl, Platino cyanua Bari…vì muối sử dụng việc chế tạo huỳnh quang, bìa tăng quang − Tia X có khả gây phản ứng hỗn hợp làm biến màu số muối Ví dụ muối bạc (màu trắng) tác dụng tia X chuyển thành màu đen Người ta sử dụng tính chất làm phim chụp Ứng dụng tia X y học 4.1 Trong chẩn đoán Có phương pháp: - Chiếu X quang: hình ảnh tổ chức phản ánh huỳnh quang Trong phương pháp nhân viên X quang ngồi sau hình quan sát hình ảnh phủ tạng bệnh nhân hình Hình ảnh cần phải liên tục khoảng 30s Ngày với việc áp dụng tăng sáng, hình ảnh tăng độ đậm nhạt, hình ảnh rõ nét giảm liều chiếu xạ cho bệnh nhân cho nhân viên Đặc biệt, hình ảnh truyền qua máy thu hình, cán X quang ngồi phòng khác, che chắn tốt mà chẩn đoán qua hình ảnh - Chụp X quang: hình ảnh tổ chức phản ánh phim X quang Thường có phương pháp ứng dụng lâm sàng: Chụp X quang thường chụp cắt lớp vi tính (CT scanner) + Chụp X quang thường: hình ảnh phận phản ánh cách đơn giản bị chồng lấp, không thấy hết kích thước,chiều sâu,độ lớn phận tổn thương thể,thường để phát tổn thương xương tổ chức cản quang + Chụp cắt lớp: Một nguồn X quang chiếu qua người bệnh tới hệ thống đầu dò có định hướng Hệ thống đầu dò quay quanh thể, hình ảnh thu hình ảnh cắt lớp, phương pháp làm rõ chi tiết mà chụp X quang thông thường bị chồng lấp, phát khối u sâu Nguyên lý tạo hình chung: huỳnh quang phim trình bày qua mô hình sau: Hình 7.2 Trong đó: (1) máy phát tia X (2) phận cần chụp chiếu (3) phận hình ảnh - Chùm tia X máy (1) phát xuyên qua phận người bệnh (2) đập vào chắn (3) (màn huỳnh quang phim) - Do tượng hấp thụ, qua (2) chùm tia X bị tổ chức hấp thụ không đồng ló với cường độ khác nhau: bị hấp thụ nhiều cường độ ló nhỏ, ngược lại bị hấp thụ cường độ chùm ló lớn Kết điểm khác chắn (3) bị chùm 73 tia X tác động với cường độ khác tạo nên vùng sáng tối khác - Ngoài ra, kỹ thuật X quang người ta sử dụng chất tăng quang cản quang để làm tăng hiệu hình ảnh thu Từ nguyên tắc ta thấy: + Trong chiếu X quang: khối (3) huỳnh quang vùng hấp thụ nhiều tia X ảnh vùng tối; cụ thể xương, tim đen vùng phổi, + Trong chụp X quang: khối (3) phim chụp kẹp hai tăng quang hộp dẹt gọi Cát-xét Trên phim chụp X quang, vùng hấp thụ nhiều tia X có hình trắng (như xương, tim) vùng hấp thụ tia X có hình đen (như phổi, cơ) 4.2 Trong điều trị Tia X ứng dụng chủ yếu điều trị bệnh nhân bị ung thư Dựa vào tác dụng sinh vật tia X có khả diệt bào mà người ta áp dụng vào phương pháp điều trị có tên: Xạ trị Xạ trị dùng chủ yếu điều trị ung thư Do tế bào ung thư có độ nhạy cảm phóng xạ lớn tế bào lành, dùng tia X chiếu vào khối u ác tính để làm biến đổi trạng thái hoạt động, hạn chế phát triển dẫn đến tiêu diệt hoàn toàn tế bào ung thư Mục tiêu phải đưa liều xạ mạnh vào nơi ung thư mà không gây thương tổn cho mô lành xung quanh Yêu cầu phải đạt tới liều hấp thu vài chục Gray phải chiếu phân đoạn thành nhiều liều nhỏ Chiếu phân đoạn cần thiết, vừa gây tai biến, vừa nâng cao hiệu lực điều trị Phương pháp đơn giản dùng X quang khoảng 200 kV, khối u sâu phần da bị chiếu với liều cao khối u Trong trường hợp nên dùng xạ mạnh có khả xuyên sâu, ví dụ: X quang lượng cao khoảng MeV Bên cạnh việc chọn lượng thích hợp, cần giảm bớt liều chiếu xạ mô lành cách chiếu từ nhiều phía, hướng vào khối u Với máy đại, dùng nguồn xạ quay liên tục quanh khối u để điều trị Như khối u bị chiếu liên tục liều phần mềm lành bên dàn trải nên liều xạ chỗ không lớn II KỸ THUẬT CHỤP CẮT LỚP VI TÍNH (CT) VÀ ỨNG DỤNG Đại cương kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính Máy chụp cắt lớp vi tính (Computer Tomography Scanner) nhà vật lý người Mĩ A.M Cormark kỹ sư người Anh G.M Hounsfield phát minh năm 1971 Đến năm 1979 phát minh ông nhận giải Nobel y học Hình chụp sọ não kỹ thuật chụp cắt lớp tiến hành năm 1971 bệnh viện Luân đôn với thời gian chụp tính toán quang ảnh khoảng ngày Đến năm 1974 Ledley (Mĩ) hoàn thành chụp cắt lớp vi tính toàn thân với thời gian có quang ảnh vài phút Hiện nay, có nhiều máy chụp cắt lớp đại với thời gian cho quang ảnh từ 1/10 đến 1/30 giây Tại Việt Nam, máy chụp cắt lớp lắp đặt vào tháng năm 1991 Bệnh viện Hữu Nghị Việt Xô (Hà Nội) Hiện nay, có nhiều máy chụp cắt lớp lắp đặt sở y tế khắp nước giúp cho thầy thuốc dễ dàng chẩn đoán bệnh tật Nguyên lý tạo hình chụp cắt lớp Mục đích phương pháp làm rõ nét hình ảnh lớp mỏng 74 phận thể, lớp khác bị xoá nhoà Hình bên trái bố trí thiết bị đứng yên, ta đứng nhìn bệnh nhân từ phía đầu bệnh nhân: S nguồn phát tia (thí dụ bóng phát tia X), F hộp phim, BN bệnh nhân S F gắn vào hai đầu kim loại PP Thanh quay quanh trục B’, S di chuyển sang trái ( sang phải), hộp phim F di chuyển theo chiều ngược lại, khoảng cách h1 h2 không đổi Bệnh nhân nằm yên Hình 7.3 Trong hình 7.3, S bắt đầu phát tia, vị trí S 1, lớp cắt cần chụp lớp LL’, C nằm Hình ảnh tạo tương ứng A 1, B1, C1 phim Khi nguồn S di chuyển đến vị trí S2, tia cho ta hình ảnh A2, B2, C2 A2, B2 phim, vị trí cũ A1, B1 C2 phim Thật vậy: Do ΔS1AB ∼ ΔS1A1B1 ΔS2AB ∼ ΔS2A2B2 ta có: h1 AB AB = = → A 1B1 = A 2B2 A 1B1 h1 + h2 A 2B2 Tại vị trí S di chuyển từ S1đến S2 ta có hình ảnh AB (của lớp cắt LL’) vị trí phim, hình ảnh phần tử khác không nằm LL’ di chuyển , tạo hình ảnh mờ nhạt lam phim, kết ta có hình ảnh rõ nét lớp cắt phim Chụp cắt lớp dùng vi tính (CTS - Computer Tomography Scanner) Trong CT Scanner, thay cho hộp phim X quang F hình 8.3 hộp đầu dò (detector) có hàng vạn đầu dò nhỏ xếp thành ô nhỏ, ô nhỏ có đầu dò bị chiếu tia cho tín hiệu điện truyền xử lý Người ta thay đầu dò tinh thể nhấp nháy lỏng Các hệ thồng có độ nhạy cao, khuyếch đại, đưa vào nhớ máy tính, xử lý đưa sang phần hình (tương tự nhờ camera thu hình, khuyếch đại, xử lý truyền đến máy thu hình gia đình) Để trợ giúp cho tạo hình cắt lớp rõ nét, người ta làm phần mềm máy vi tính cách thu thập số liệu từ việc chiếu số mô hình người với giả định khác khối u dày, có khối u não, hang lao phổi Nhờ xử lý hình ảnh máy vi tính mà ta có hình ảnh lớp theo lớp cắt ngang, cắt dọc khác nhau, ta thấy rõ ràng điểm bất thường thể mà với phương pháp X quang thường không thấy Nhờ nhớ máy vi tính mà người thầy thuốc dễ dàng tái lại hình ảnh cần khảo sát * Đặc điểm hình ảnh kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính: 75 - Máy chụp cắt lớp vi tính cho phép phân biệt khác biệt nhỏ tổ chức có tỷ trọng khác Ví dụ: chụp sọ não phân biệt rõ chất trắng, chất xám, buồng não thất, khối u, ổ apxe, ổ chảy máu phim Xquang thông thường không phân biệt - Nếu mở cửa sổ rộng tối đa xương có hình trắng, không khí có hình đen, nước có hình xám có độ tương phản hình CTS tốt dễ phân tích - Đối với máy Xquang thường qui, tất thông tin nằm phim, CTS toàn thông tin nhớ người điều khiển chỉnh lý máy để chọn hình ảnh có ý nghĩa chẩn đoán Khi cần thiết, người thầy thuốc làm lại hình ảnh phận chụp bệnh nhân - Giống Xquang, CTS bệnh nhân uống tiêm thuốc cản quang để làm bật đối quang .4 An toàn xạ tia X 4.1 Bảo vệ cho cán nhân viên * Giảm tối đa tiếp xúc với xạ: - Trước tiến hành chụp chiếu, phải chắn cửa phòng X quang đóng kín - Không để chùm tia X rọi vào cửa sổ phòng, trực tiếp rọi vào tường, trừ trường hợp đặc biệt - Tất nhân viên làm việc không đứng sau chắn phải mặc áo bảo vệ cần thiết phải đeo găng tay - Các thiết bị che chắn máy X quang cố định X quang động phải bố trí cho che chắn tốt chống xạ khuếch tán - Cán nhân viên X quang cần giữ bệnh nhân chiếu chụp, cần mặc áo bảo vệ, đeo găng tay, đứng sang bên tránh bị máy phát tia X rọi vào trực tiếp - Thiết bị X quang bị hư hỏng không dùng, kiểm tra lại thấy đạt tiêu chuẩn sử dụng * Yêu cầu đặc biệt với máy X quang động: Khi máy X quang động đưa khỏi khoa X quang đến buồng bệnh phải tuân theo nguyên tắc sau đây: - Phải kiểm tra hướng kích cỡ chùm tia X - Phải thiết kế che chắn nơi máy hoạt động - Phải đảm bảo tia X không chiếu vào bệnh nhân khác buồng bệnh (trực tiếp tán xạ) - Người điều khiển máy phải cách xa nguồn bóng phát xạ tối thiểu mét phải mặc quần áo bảo vệ * Chế độ kiểm tra theo dõi: Nhân viên cần đeo phim thiết bị đo liều (bút đo, thiết bị đo nhiệt huỳnh quang ) tất thời gian làm việc Khi mặc quần áo bảo vệ, thiết bị đo liều cần phải đo cài đặt phía áo bảo vệ Nếu nhân viên làm việc phải kiểm tra X quang cho thân phải tháo thiết bị đo liều khỏi người 76 Nếu nhiệt huỳnh quang phải gửi trung tâm kiểm tra đọc kết theo định kỳ, loại bút đo liều tự đọc cần ghi chép tháng sau lại đưa số không để tiếp đo cho tháng sau 4.2 Bảo vệ cho bệnh nhân * Nguyên tắc chung: Điểm khác người bệnh nhân viên người bệnh nhiều ích lợi chiếu chụp X quang: hiểu bệnh tật thể để có phương hướng xử lý điều trị X quang mang lại lợi ích cho người bệnh nhiều gây hại Nếu thấy chiếu chụp X quang không cần thiết xét nghiệm khác không nên dùng X quang Chỉ dùng X quang thấy tốt biện pháp chẩn đoán khác trường hợp bệnh lý Cần cân nhắc lợi hại trẻ em phụ nữ có thai dùng X quang * Biện pháp cụ thể + Giảm thiểu tiếp xúc với phóng xạ: - Nên dùng biện pháp kỹ thuật tốt để hạn chế mức chiếu xạ cho bệnh nhân - Nên chụp phim Chụp với diện tích nhỏ tốt + Phải hướng chùm tia X vào chỗ cần thiết: tránh chiếu vào ngực phận sinh dục + Che chắn: phải dùng chì (khoảng 1mm) che chắn vùng sinh dục phải khám xét phận lân cận Trường hợp bị đa chấn thương, lần khám không che chắn làm cho không phát gẫy xương khu vực liên quan + Khoảng cách tiêu cự tối đa: 30 cm, xa tốt + Chất lượng xạ: tăng điện tăng sức đâm xuyên tia X mức chiếu xạ giảm + Lọc: biện pháp giảm xạ lượng yếu tăng lượng trung bình chùm tia X, giảm mức chiếu xạ cho bệnh nhân + Chiếu tia X với bệnh nhân có thai: Chỉ sử dụng phương pháp X quang cho bệnh nhân có thai không phương pháp thay thế, phải chiếu chụp X quang cố gắng che chắn giảm thiểu chiếu xạ vào thai III CHỤP HÌNH BẰNG CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN Cơ sở vật lý phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 1.1 Mô men từ hạt nhân Hạt nhân nguyên tử gồm hai loại hạt : proton neutron Proton hạt mang điện tích dương, giá trị điện tích electron, có khối lượng lớn cỡ 2000 lần khối lượng electron Proton tương tự hạt mang điện dương tự quay tròn, có mômen từ Neutron có spin, có mômen từ, xem neutron cầu có diện tích phân bố, tính chung diện tích không (neutron trung hoà điện) quay tạo mômen từ 77 Mômen từ proton neutron có chênh lệch chút ít, nhỏ, vào cỡ 10-27 A.m2 Hạt nhân có nhiều proton neutron, mômen từ hạt nhân tổng hợp (theo quy tắc lượng tử) mômen từ có hạt proton neutron Có hạt nhân mômen từ Nhưng nói chung, mômen từ hạt nhân nhỏ, vào cỡ phần nghìn mômen từ vỏ electron nguyên tử Vì điều kiện để có cộng hưởng từ hạt nhân khác với điều kiện để có cộng hưởng từ electron Không thế, người ta người ta thực cộng hưởng từ loại hạt nhân nguyên tử Thí dụ thể, người ta thường đặc biệt ý hạt nhân nguyên tử hiđro hiđro hai nguyên tố cấu tạo thành nước (H20), mà nước nói chung thể chỗ có Hơn hạt nhân nguyên tử hiđro cho tín hiệu cộng hưởng mạnh Hạt nhân nguyên tử hiđro đơn giản: có hạt proton, mômen tử hạt nhân hiđro mômen từ proton 1.2 Cộng hưởng từ hạt nhân ur Hạt nhân có mômen từ µ nằm Hạt nhân Số proton Số neutron 12 6 13 C 14 N 7 Na 11 12 31 P 15 16 39 K 19 20 H C 23 Hình 7.4 Dưới tác uur dụng củaur từ trường Trong từ trường B0 mômen µ thực chuyển động larmor uur từ trường B0 , thực chuyển động tuế sai (chuyển động Larmor), tức ur đầu mút vectơ µ vạch nên uur đường tròn quanh phương B0 Hình 7.4 biểu diễn chuyển động Larmor uur mômen ur từ µ tác dụng từ trường B0 Đây chuyển uur động tuần hoàn, tần số phụ thuộc vào B0 μ Trong trường hợp proton, tần suất tính theo công thức ƒ0 = gp.μp B0 Nếu B0 = 1T ( Tesla) proton có tần số Larmor 42,58 MHz 78 uur Như hạt nhân nằm từ trường B0 trở thành hệ dao động với tần số dao uur động riêng ƒ0 phụ thuộc B0 Nếu chiếu thêm sóng điện từ tần số radio thích hợp, biến thiên từ trường sóng radio tạo làm cho hạt nhân dao động cộng hưởng Hình 7.5 biểu uur diễn uur tác dụng từ trưởng xoay chiều B1 ( B1 vuông góc uur Hình 7.5 Từ trường xoay chiều B1 uur uur vuông góc với B0 , quay quanh B0 có uur tần số góc ω: B1 tác dụng lên mômen ur µ lực tuần hoàn tần số góc ω, ω=ω0 uur uur xảy tượng cộng hưởng với B0 , quay quanh B0 với tần số góc ω) lên mômen từ μ lực tuần hoàn tần số góc ω, ω = ω0 xảy tượng cộng hưởng uur Trong trường hợp từ trường B0 = 1T, đầu mút mômen từ hạt nhân hiđro quay tròn với tần số ƒ0 = 42,58MHz Nếu tác dụng thêm sóng radiô tần số 42,58MHz đầu mút mômen từ hạt nhân hiđrô quay với tần số trước biên độ lớn hơn, mômen từ prôtôn nghiêng xa so với phương uur B0 , tức nghiêng nhiều phương N2 uur vuông góc với phương B0 N1 > N2 Nhưng thực tế, thực cộng hưởng từ hạt nhân hiđrô riêng lẻ mà cộng hưởng từ tập hợp hạt nhân hiđrô thể tích đó, thí dụ 1mm3 vỏ não Do ta Hình 7.6 Trong từ trường , N1 proton có , N1 xét tập hợp hạt nhân từ proton có song song với từ trường, N proton có trường xét tượng cộng hưởng đối song với từ trường ≈ tập hợp 1.3 Mômen từ tập hợp hạt nhân thể tích Nếu xét tập hợp nam châm nhỏ nằm từ trường có chiều xác định nam châm nằm quay dọc theo từ trường, mômen từ nam châm song song chiều với từ trường Nhưng tập hợp hạt nhân tập hợp hạt vi mô, tuân theo quy luật lượng tử: nằm từ trường đa số hạt nhân có mômen từ quay song song chiều với từ trường có hạt nhân có mômen từ song song ngược chiều với từ trường, người ta gọi mômen từ đối song 79 Các phép uur tính toán cho thấy từ trường B0 tổng cộng có N hạt nhân có N1 hạt nhân có mômen từ song song N2 hạt nhân có mômen từ đối ur song (Trong từ trường B0, N1 proton có µ song ur u r song với từ trường, N2 proton có µ đối ∆N µ B0 song với từ trường ≈ , hình 7.7), N B0 Z μ µ kT N1 lớn N2 tỉ số chênh lệch ∆N N N1 − N2 tính theo công thức gần N uur ∆N µ B0 ≈ với B0 cường độ từ trường tác N kT = u r µ uur µ⊥ dụng, μ mômen từ hạt nhân, k số Boltzmann, T nhiệt độ tuyệt đối Tính nhiệt độ phòng T = 250C, B0 = 1T hạt nhân hiđrô, tỉ số Hình 7.7 Phân tích vectơ thành ∆N vào cỡ 10-6 Nói cách khác N hạt N phần thành nhân thực chất lại ∆N = N1 – N2 chiếm tỉ lệ cỡ phần triệu hướng theo chiều uur B0 Thật mômen từ chuyển động Larmor, khử cặp nên cuối xem có ∆N hạt nhân đóng góp vào mômen từ M tổng cộng Từ công thức tìm ta có: M = ∆N × μ = Nμ2 B0 kT uur Vậy ta xét chuyển động Lamor từ trường B0 N hạt nhân thể tích V vật chất, thí dụ vỏ não, ta xét đến mômen từ M tổng cộng 1.4 Cộng hưởng từ thể tích có nhiều hạt nhân tượng liên quan ur Ta xét thể tích có N hạt nhân, mômen từ hạt nhân µ từ trường uur tác dụng B0 Ta thấy N hạt nhân có N hạt nhân có mômen từ song song với N hạt nhân có mômen từ đối song song với , mặt từ tính xem chúng khử đôi mộtm N1 – N2 = ∆N ∼ 10-6 hạt nhân có đóng góp vào mômen từ tổng cộng Các mômen từ nằm hoàn toàn song song với từ trường ngoài, chúng đảo nhanh quanh phương từ trường góc nghiêng nhỏ Phân tích mômen từ hạt nhân thành vectơ: vecto song song với ta kí hiệu vecto vuông góc với kí hiệu Khiuu r có, xem ∆N hạt nhân có mômen từ hướng uur đảo quanh Vecto tổng ∑ µ// lớn, cỡ gần ∆N Nhưngvecto tổng ∑ µ⊥ xem không không 80 phải giá trị nhỏ mà mômen từ đảo quanh , tần số không đồng pha, vectocó thể hướng trước sau, phải trái, cách lộn xộn, cộng vecto lại chúng triệt tiêu lẫn Như vậy, có từ trường , vecto từ hoá dọc theo phương từ trường =cực đại, vectơ từ hoá ngang = không (hình 7.7) Khi chiếu sóng radio có tần số 0 (hay tần số góc ω0 = ) theo phương vuông góc với , ta thấy, có cộng hưởng xảy ra: vecto từ trường sóng radio (sóng điện từ) tạo ra, quay quanh với tần số góc ω0 tác dụng lên mômen từ hạt nhân lực tuần hoàn, làm cho nghiêng mạnh phía quay quanh cách đồng pha với Kết cộng hưởng vectơ từ hoá ngang = cực đại Còn vectơ từ hoá dọc, mặt nghiêng nên giá trị nhỏ đi, mặt khác hấp thụ cộng hưởng lượng sóng radio có thêm số mômen từ hạt nhân quay phía đối song song, N tăng lên, N1 giảm xuống, ∆ N = N1-N2 giảm đáng kể Kết cộng hưởng vectơ từ hoá dọc = không Khi tắt sóng radio, tập hợp hạt nhân từ trạng thái cộng hưởng chuyển sang trạng thái bình thường ban đầu người ta gọi trình hồi phục Trong trình vectơ từ hoá dọccó độ lớn từ giá trị không trở giá trị cực đại, vectơ từ hoá ngang có độ lớn từ giá trị cực đại trở giá trị không Tuy nhiên thời gian trở về, tức thời gian hồi phục T1 vectơ từ hoá dọc thời gian hồi phục T vectơ từ hoá ngang không nhau, nói chung T1>T2 Nếu quanh hạt nhân có nhiều phân tử nhỏ (nhẹ) phân tử nước H 2O, việc hạt nhân truyền lượng hấp thụ lâu so với quanh hạt nhân phân tử lớn, cồng kềnh, thí dụ với phân tử chất mỡ, chất béo…Với tế bào sinh học, tuỳ theo chứa nước, nhiều nước, mỡ hay nhiều mỡ… T1 thay đổi từ 300 đến 2000 miligiây Thời gian hồi phục T2 có trị số lướn quanh hạt nhân nước có trị số nhỏ quanh hạt nhân dịch chứa phân tử lớn nhiều chất mỡ Nhưng nói chung, T2< T1, thường thay đổi từ 30 miligiây đến 150miligiây so với T nhạy cảm câu trúc sinh học uuur M Nếu vectơ từ hoá tổng cộng = + cộng hưởng ( = 0, cực đại) đầu // mút vectơ vạch nên vòng tròn mặt phẳng vuông góc Khi tắt sóng radio vừa quay tròn, vừa co nhỏ lại, lúc có giá trị 0, lớn dần lên Do đầy mút vạch nên vòng xoắn ốc nhỏ dần (hình 7.8) Về nguyên tắc, để cuộn dây điện gần biến thiên từ trường vectơ gây làm thay đổi từ thông qua cuộn dây sinh dòng điện cảm ứng cuộn dây Trong kỹ thuật cộng hưởng từ, người ta bố trí ăngten để phát sóng radiô theo xung, xung tắt, trình hồi phục mô tả xảy ăngten thu dòng uu r điện cảm ứng sinh vectơ từ hoá M biến thiên theo đường xoáy trôn ốc 81 Tín hiêu ăngten thu có tên tín hiệu cảm ứng suy giảm tự FID (free induction decay) Bản thân tín hiệu FID mạnh hay yếu vectơ từ hoá lớn hay nhỏ, Hình 7.8 Khi tắt sóng rađiô, đầu mút mà độ lớn lại phụ thuộc vào số hạt nhân vectơ từ hóa M vạch nên đường phân tử thể tích, cụ thể số xoắn ốc nhỏ dần proton Vì tín hiệu FID cho biết mật độ proton Phân tích kĩ dạng tín hiệu FID tìm thời gian hồi phụcvà hoa ngang T2… Như chia cắt thể người thể tích có toạ độ x, y, z tương ứng, làm cho hạt nhân thể tích dao động cộng hưởng thu tín hiệu cộng hưởng từ thể tích gửi đi, thí dụ tín hiệu FID, thời gian hồi phục T 1, thời gian hồi phục T2…và quy định độ đậm, nhạt, trắng, đen màu sắc xanh, đỏ, tím, vàng ứng với tín hiệu mạnh, yếu, dài, ngắn thu được, sở số liệu hoá toạ độ x, y, z phần tử thể tích tín hiệu cộng hưởng thu từ phần tử đó, thí máy tính vẽ hình ảnh cắt lớp hai chiều ảnh ba chiều thể Tuỳ theo tín hiệu thu để tạo ảnh mạnh hay yếu ảnh cho biết trước đâu nước, đâu chất mỡ, máu, xương… Chụp ảnh cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân Trước hêt ta xét cách thực cộng hưởng từ hạt nhân phòng thí nghiệm nghiên cứu tính chất vật liệu Thiết bị gồm nam châm vĩnh cửu để tạo từ trường hai cực (hình 10 34) Giả sử mẫu nghiên cứu đặt ống hình trụ chung quanh có cuộn dây điện, từ trường tạo cuộn dây vuông góc với Người ta điều khiển tần số cho có tượng cộng hưởng từ xảy Lúc công suất máy phát vô tuyến tăng vọt hẳn Như vậy, theo dõi công suất máy Hình 7.9 Sơ đồ máy cộng hưởng từ hạt nhân phòng thí nghiệm phát phụ thuộc vào tần số, ta xác định tần số ứng với có cộng hưởng từ xảy mẫu Mọi biến thiên mômen từ tổng cộng mẫu gây nên dòng cảm ứng dây đặt chung quanh mẫu theo nguyên tắc: biến thiên làm biến thiên từ thông từ thông qua cuộn dây, biến thiên từ thiên sinh dòng điện cảm ứng Nếu bố trí cuộn dây vuông góc với ta đo biến thiên thành phần M song song với tức Từ ta đo thời gian hồi phục dọc Nếu bố trí cuộn dây song song với ta đo biến thiên thành phần vuông góc , từ xác định thời gian hồi phục ngang Các tín hiệu mà cuộn dây thu nhỏ, ngắn kỹ thuật xử lí tín hiệu ngày cho phép đo xác Giải pháp kỹ thuật quan trọng để có ảnh cắt lớpuurcộng hưởng từ hạt nhân Lauterbur đưa năm 1973 Đó thêm từ trường mạch B0 từ trường yếu biến thiên đềutheo khoảng cách, nói cách khác tạo gradien từ trường 82 Trước hết ta xét cách tạo từ trường có gradien theo z tác dụng từ trường Cuộn dây siêu dẫn tạo từ trường mạnh uur Người ta bố trí thêm cuộn dây tạo từ trường yếu song song với B0 biến thiên theo z, tức có dạng = (α +βz) Vậy từ trường tổng cộng bên cuộn siêu dẫn uur + BZ = (1 + α +βz) Từ trường mạnh, biến thiên theo z : từ trường bên hình trụ bị chia thành lớp mỏng, vuông góc với trục z Trong phạm vi lớp, từ trường xem không thay đổi Khi từ lớp đến lớp từ trường tăng dần, thí dụ hình vẽ 10.35là0,97T; 0,98T;0,99T; 1T; 1,01T ;1,02T; 1,03T; Cơ thể người đặt hình trụ rỗng, xét mặt từ chia làm nhiều lớp, lớp nằm từ trường 0,97T, lớp nằm từ trường 0,98T… Tần số chuyển động đảo mômen từ hạt nhân phụ thuộc từ trường ngoài, thí dụ hạt nhân nguyên tử Hình 7.10 Do Bz có gradien hiđrô, từ trường 1T, tần số chuyển động theo z không gian hình trụ đảo 42,58 MHz chia thành lớp cắt Khi thể nằm từ trường có gradient mõng vuông góc với z, từ trường theo z, chiếu sóng radio có tần số 42,58 MHz vào B0+Bz lớp xem thể có hạt nhân nguyên tử hiđrô nằm không đổi từ trường 1T bị cộng hưởng Như nhờ cuộn dây tạo gradient từ trường theo trục z ta tạo cộng hưởng từ hạt nhân lớp vuông góc với z Lớp dày hay mỏng tuỳ thuộc vào từ trường biến thiên nhanh hay chậm, tức phụ thuộc độ lớn Dh/dz từ trường Có thể dịch chuyển vị trí cộng hưởng hai cách: Cách 1: giữ nguyên tần số sóng radio, dịch chuyển gradient từ trường Cách 2: giữ nguyên gradient từ trường, thay đổi tần số sóng radio Ở máy tạo ảnh cắt lớp cộng hưởng từ có tất ba cuộn tạo gradient từ trường theo phương x, phương y phương z Phối hợp sử dụng ba cuộn, nguyên tắc tạo cộng hưởng từ phần tử thể tích có toạ độ x, y, z thể thu lấy tín hiệu cộng hưởng từ từ thể tích phát Có thể điều khiển để chọn lớp cắt quét phần tử thể tích cộng hưởng theo toàn diện tích lớp cắt Từ tập hợp số liệu tín hiệu cộng hưởng vị trí tương ứng máy tính tạo ảnh cộng hưởng từ lớp cắt.Thu thập số liệu từ lớp cắt liên tiếp nhau, máy tính dựng lại hình ảnh ba chiều không gian đối tượng Tuỳ thuộc việc lấy tín hiệu cộng hưởng để tạo ảnh cộng hưởng xảy hạt nhân nào, ảnh cắt lớp cộng hưởng từ cho thông tin tương ứng Thí dụ, tín hiệu cảm ứng từ suy giảm FID phụ thuộc vào độ lớn vectơ từ hoá M phần tử thể tích mà M lại phụ thuộc vào sô mômen từ proton, tín hiệu mạnh hay yếu 83 phụ thuộc vào mật độ proton lớn hay nhỏ, từ ta lý giải chỗ đậm nhạt ảnh tương ứng với chất (hình 7.11) Thông thường người ta hay sử dụng tín hiệu liên quan đến thời gian hồi phục dọc ngang Như nêu trên, thời gian hồi phục T1 T2 phụ thuộc phần tử thể tích chứa chất gì: chất nước, chất dịch, não tuỷ, ung thư … Do ảnh cắt sử dụng loại tín hiệu T1, T2để thấy rõ đâu máu, đâu mỡ, đâu não … phân biệt máu chảy Hình 7.11 So sánh mật độ proton mạch máu hay mạch máu bị vỡ, máu phận thể chảy ngầm Bằng kĩ thuật xử lí ảnh, chỗ có tín hiệu cộng hưởng ứng với xương người ta cho màu trắng đục, chỗ ứng với máu có màu đỏ, chỗ ứng với mỡ có màu vàng nhạt…người bác sĩ dễ dàng nhận định chuẩn đoán bệnh (hình 7.12) So với chụp ảnh cắt lớp tia X (X- ray computed tomography) vài cách chụp ảnh dùng hạt nhân phóng xạ, phương pháp chụp ảnh cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân có ưu điểm lớn không đưa vào thể người xạ iôn hoá Khi chụp ảnh, thể người chịu tác dụng vật lí: từ trường tĩnh mạnh, gradient từ trường sóng radio 84 Hình 7.12 Máy chụp hình cộng hưởng từ hạt nhân (hình bên) Hình ảnh mặt cắt dọc vùng đốt sống cổ (hình dưới, bên trái) hình ảnh mặt cắt ngang tủy sống (hình dưới, bên phải) TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng sở sinh lý y học, ĐH Y Hà Nội, nhà xuất Y Học Đại giáo trình bản, ĐH tổng hợp Hà Nội, Nhà xuất Giáo dục Vật lý, lý sinh y học, ĐH Y Hà Nội, nhà xuất Y Học Bài giảng vật lý-lý sinh, ĐH Y Dược TP Hồ Chí Minh Giáo trình điện học, Đại học tổng hợp Hà Nội, Nhà xuất Giáo dục Vật lý đại cương tập ( Lương Duyên Bình) Nhà xuất Giáo dục, 2003 Vật lý đại cương tập , Lương Duyên Bình, Dư Trí Công, Nguyễn Hữu Hồ, Nhà xuất Giáo dục, 2002 85 86 ... DỤNG CỦA ÁNH SÁNG LÊN CƠ THỂ SỐNG 23 Đại cương tác dụng ánh sáng lên thể sống 23 Một số trình quang sinh ứng dụng 24 IV LASER- MÁY PHÁT LƯỢNG TỬ 27 Ánh sáng laser... LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Thuyết lượng tử ánh sáng 18 Năm 1905, để giải thích tượng quang điện, nhà bác học Eistein, phát triển giả thuyết lượng tử lượng Plankc lên bước đề xuất thuyết lượng tử ánh sáng với... với nội dung sau: − Ánh sáng gồm hạt nhỏ gọi photon hay lượng tử ánh sáng Mỗi photon mang lượng xác định là: ε=hf Trong h=6,625.10-34 J.s, gọi số Planck f tần số sóng ánh sáng ứng với photon −